一种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量不同压力下饱和液体与固体表面接触角的装置，尤其涉及一种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器及测量方法。
【背景技术】
[0002]液体在固体表面的润湿性能对其相变换热特性、多组分工质在精馏塔内传热传质特性、材料保护、船舶防污、药物开发、矿物浮选和石油开采等都具有重要意义。接触角是衡量材料表面润湿性能的一个重要参数。现有技术中，接触角的测量方法主要有置液滴法和吊板法。这两种测量接触角的方法，均是在常压条件下，气体介质为空气，且温度为室温条件下测量液体、固体切片、气体三者间的夹角，即为接触角。这些方法只能满足在常压、气体介质为空气的固体切片与液体的接触角的测量，而实际的相变换热、多组分工质在精馏塔内传热传质等均为非常温常压、且气体介质为对应的饱和气体。因此，现有的接触角测试方法存在较大的局限性，无法满足目前相变换热、多组分工质在精馏塔内传热传质机理研究的测试要求。
[0003]因此，有必要提供一种新的测试装置和测试方法，来克服上述缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、操作方便的测量饱和液体与固体表面接触角的仪器及测量方法，其能够在不同温度压力下测量不同工质与固体表面的接触角。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]—种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，包括人工气候室7，在人工气候室7内设置有压力容器1、图像采集器8和光源2 ;
[0007]所述压力容器1的一侧侧壁设有左视镜6-1，在相对的另一侧侧壁设有右视镜6-2 ;所述图像采集器8安装在左视镜6-1的一侧，所述光源2安装在右视镜6-2的一侧；
[0008]所述压力容器1内底部设有固定支架5，固定支架5用于固定固体切片4 ；
[0009]所述压力容器1设有工质充灌接口 10和用于测量其内部工质温度的温度传感器9 ;该工质充灌接口 10与用于测量其内部压力的压力传感器相连接。
[0010]所述固体切片4的高度高于左视镜6-1和右视镜6-2的高度。
[0011]所述人工气候室7内底部设有台架3，所述压力容器1、图像采集器8和光源2分别固定在台架3上。
[0012]所述固体切片4与水平线的夹角为90°。
[0013]—种测量不同压力下饱和液体与固体表面接触角的方法如下:
[0014]步骤一:若测量工质与固体切片4表面在预定温度值时的接触角时，先将固体切片4放在固定支架5上；
[0015]步骤二:对密闭压力容器1抽真空后向其内充灌所需工质，当压力容器1内工质的气液交界面能通过左视镜6-1和右视镜6-2观测时，停止工质充灌；
[0016]步骤三:将人工气候室7的温度调至与步骤一所述预定温度值相同的温度，待压力容器1的温度传感器9输出的温度达到该预定温度值时，工质的气液交界面在固体切片4的表面形成气液弯液面，通过图像采集器8捕捉该气液弯液面的图像，并获取气液弯液面曲线，从而得到工质与固体切片4表面接触角。
[0017]步骤三所述图像采集器8捕捉该气液弯液面的图像的数据后，将其传送至图像分析系统，由图像分析系统拟合分析边界曲线，得出工质与固体切片4表面接触角数据。
[0018]通过调整工质的充灌量使压力容器中气液交界面在左视镜和右视镜中可视。气液交界面与固体切片表面形成气液弯液面。利用图像采集器获得的影像获得气液表面在与固体切片接触点的切线，并获得接触角数据。在密闭的压力容器内的气体为该工质的饱和气体。通过调节人工气候室内的温度使被测量的饱和液体的温度可低于或高于环境温度，工质对应的饱和压力可低于或高于环境压力。
[0019]综上所述，本发明技术手段简便易行，可测量温度低于或高于环境温度，工质对应的饱和压力低于或高于环境压力，周围气体为该工质饱和气体的饱和液体与固体表面接触角。
【附图说明】
[0020]图1为本发明测量饱和液体与固体表面接触角的仪器剖面结构示意图。
[0021]图2为图1压力容器的局部结构示意图。
[0022]图3为图2中内部充有工质的压力容器侧面透视图。
[0023]图4为图3中工质与固体切片表面接触角放大示意图。
[0024]图5为工质与固体切片表面接触角另一示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0026]实施例
[0027]如图1至5所示。本发明一种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，包括人工气候室7，在人工气候室7内设置有压力容器1、图像采集器8和光源2 ;
[0028]所述压力容器1的一侧侧壁设有左视镜6-1，在相对的另一侧侧壁设有右视镜6-2 ;所述图像采集器8安装在左视镜6-1的一侧，所述光源2安装在右视镜6-2的一侧；
[0029]所述压力容器1内底部设有固定支架5，固定支架5用于固定固体切片4 ；
[0030]所述压力容器1设有工质充灌接口 10和用于测量其内部工质温度的温度传感器9 ;该工质充灌接口 10与用于测量其内部压力的压力传感器相连接。
[0031]所述固体切片4的高度高于左视镜6-1和右视镜6-2的高度。
[0032]所述人工气候室7内底部设有台架3，所述压力容器1、图像采集器8和光源2分别固定在台架3上。
[0033]所述固体切片4与水平线的夹角为90°。
[0034]测量不同压力下饱和液体与固体表面接触角的方法，可通过如下实例予以实现:
[0035]步骤一:若测量工质与固体切片4表面在预定温度值(20°C )时的接触角时，先将固体切片4放在固定支架5上；
[0036]步骤二:对密闭压力容器1抽真空后向其内充灌所需工质，当压力容器1内工质的气液交界面能通过左视镜6-1和右视镜6-2观测时，停止工质充灌；
[0037]步骤三:将人工气候室7的温度调至与步骤一所述预定温度值(20°C )相同的温度，待压力容器1的温度传感器9输出的温度达到该预定温度值(20°C )时，工质的气液交界面在固体切片4的表面形成气液弯液面，通过图像采集器8捕捉该气液弯液面的图像，并获取气液弯液面曲线，从而得到工质与固体切片4表面接触角。
[0038]步骤三所述图像采集器8捕捉该气液弯液面的图像的数据后，将其传送至图像分析系统，由图像分析系统拟合分析边界曲线，得出工质与固体切片4表面接触角数据。
[0039]由于固体切片4的倾斜程度会影响结果，所以同时取固体切片4两侧的接触角数据，再取均值并得出最终结果。
[0040]本实施例，如图4中A为气液弯液面，固体切片4左边接触角数据为7.6°，右边接触角数据为8.2°，最终结果为7.9°。
[0041 ] 如上所述，便可较好地实现本发明。
[0042]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，其特征在于:包括人工气候室(7)，在人工气候室(7)内设置有压力容器(I)、图像采集器⑶和光源⑵； 所述压力容器(I)的一侧侧壁设有左视镜￠-1)，在相对的另一侧侧壁设有右视镜(6-2);所述图像采集器(8)安装在左视镜(6-1)的一侧，所述光源(2)安装在右视镜(6-2)的一侧； 所述压力容器(I)内底部设有固定支架(5)，固定支架(5)用于固定固体切片(4); 所述压力容器(I)设有工质充灌接口(10)和用于测量其内部工质温度的温度传感器(9);该工质充灌接口(10)与用于测量其内部压力的压力传感器相连接。2.根据权利要求1所述的测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，其特征在于:所述固体切片(4)的高度高于左视镜(6-1)和右视镜(6-2)的高度。3.根据权利要求1或2所述的测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，其特征在于:所述人工气候室(7)内底部设有台架(3)，所述压力容器(I)、图像采集器⑶和光源(2)分别固定在台架(3)上。4.根据权利要求3所述的测量饱和液体与固体表面接触角的仪器，其特征在于:所述固体切片(4)与水平线的夹角为90°。5.一种测量不同压力下饱和液体与固体表面接触角的方法，其特征在于采用权利要求1至4中任一项所述测量饱和液体与固体表面接触角的仪器实现，测量步骤如下: 步骤一:若测量工质与固体切片(4)表面在预定温度值时的接触角时，先将固体切片(4)放在固定支架(5)上； 步骤二:对密闭压力容器⑴抽真空后向其内充灌所需工质，当压力容器⑴内工质的气液交界面能通过左视镜(6-1)和右视镜(6-2)观测时，停止工质充灌； 步骤三:将人工气候室(7)的温度调至与步骤一所述预定温度值相同的温度，待压力容器(I)的温度传感器(9)输出的温度达到该预定温度值时，工质的气液交界面在固体切片(4)的表面形成气液弯液面，通过图像采集器(8)捕捉该气液弯液面的图像，并获取气液弯液面曲线，从而得到工质与固体切片(4)表面接触角。6.根据权利要求5所述的测量不同压力下饱和液体与固体表面接触角的方法，其特征在于，步骤三所述图像采集器(8)捕捉该气液弯液面的图像的数据后，将其传送至图像分析系统，由图像分析系统拟合分析边界曲线，得出工质与固体切片(4)表面接触角数据。
【专利摘要】本发明公开了一种测量饱和液体与固体表面接触角的仪器及测量方法，包括人工气候室，在人工气候室内设置有压力容器、图像采集器和光源；压力容器的一侧侧壁设有左视镜，在相对的另一侧侧壁设有右视镜；所述图像采集器安装在左视镜的一侧，所述光源安装在右视镜的一侧；压力容器内底部设有固定支架，固定支架用于固定固体切片；压力容器设有工质充灌接口和用于测量其内部工质温度的温度传感器，该工质充灌接口与用于测量其内部压力的压力传感器连接。本仪器及测量方法，技术手段简便易行，可测量温度低于或高于环境温度，工质对应的饱和压力低于或高于环境压力，周围气体为该工质饱和气体的饱和液体与固体表面接触角。
【IPC分类】G01N13/00
【公开号】CN105334139
【申请号】CN201510833423
【发明人】刘金平, 卢杏斌, 陈志勤, 许雄文
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月25日